Unity中URP下实现能量罩（外发光）

前言

能量罩外发光，效果主要是周围亮，中间透明的样子。这和菲涅尔效果刚好相反。所以，我们在这篇文章中，使用菲尼尔公式实现能量罩的外发光效果。

• Unity中URP下的菲涅尔效果实现（URP下的法线和视线向量怎么获取）

一、实现菲涅尔效果

• 核心公式：$\vec{N}\cdot \vec{V}$

1、求 $\vec{N}$

• 在应用程序传入顶点着色器中，接收模型本地空间法线

half3 normalOS : NORMAL;

• 在顶点着色器传入片元着色器结构体，添加模型世界空间法线

half3 normalWS : TEXCOORD4;

• 在顶点着色器，把法线从本地空间转化到世界空间

o.normalWS = TransformObjectToWorldNormal(v.normalOS);

• 在片元着色器，对其归一化后得到 $\vec{N}$

half3 N = normalize(i.normalWS);

2、求 $\vec{V}$

• 在 顶点着色器传入片元着色器结构体增加模型顶点世界空间

float3 positionWS : TEXCOORD2;

• 在顶点着色器，把模型顶点本地空间坐标 转化为 模型顶点世界空间坐标

o.positionWS = TransformObjectToWorld(v.positionOS);

• 在片元着色器，用摄像机世界空间坐标减去模型顶点世界空间坐标，归一化后得到$\vec{V}$

half3 V = normalize(_WorldSpaceCameraPos - i.positionWS);

3、得出菲涅尔效果

half NdotV = dot(N,V);

4、得出菲涅尔相反效果

• 在属性面板定义 float 用于控制菲涅尔强弱

_FresnelIntensity(“FresnelIntensity”,Range(1,15)) = 1.0

• 使用指数函数调节菲涅尔效果，并且限制 $\vec{N}\cdot \vec{V}\ge 0$

half3 fresnel = pow(max(0,1 - NdotV),_FresnelIntensity);

5、增加菲涅尔颜色

• 在属性面板增加Color控制菲涅尔颜色

_FresnelColor(“FresnelColor”,Color) = (0,0,0,0)

• 在片元着色器，与菲涅尔相反效果相乘

fresnel *= _FresnelColor;

二、能量罩 交接处高亮 和 外发光效果结合

1、修改混合模式，使能量罩透明

Blend One One

2、限制 $0\le HighLightColor\le 1$ 和菲涅尔相加输出

return saturate(highLight)+fresnel;

三、测试代码

Shader "MyShader/URP/P4_3_4"
{
    Properties 
    {
        [Header(HighLight)]
        _HighLightColor("HighLightColor",Color) = (0,0,0,0)
        _HighLightFade("HighLight",Float) = 1.0
        [Header(Fresnel)]
        _FresnelIntensity("FresnelIntensity",Range(1,15)) = 1.0
        _FresnelColor("FresnelColor",Color) = (0,0,0,0)
    }
    SubShader
    {
        Tags
        {
            //告诉引擎，该Shader只用于 URP 渲染管线
            "RenderPipeline"="UniversalPipeline"
            //渲染类型
            "RenderType"="Transparent"
            //渲染队列
            "Queue"="Transparent"
        }
        
        Pass
        {
            Blend One One
            ZWrite Off
            Name "Unlit"
          
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            // Pragmas
            #pragma target 2.0
            
            // Includes
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Color.hlsl"
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
            #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Input.hlsl"

            CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
            half4 _HighLightColor;
            half _HighLightFade;
            half _FresnelIntensity;
            half4 _FresnelColor;
            CBUFFER_END

            
            TEXTURE2D(_CameraDepthTexture);SAMPLER(sampler_CameraDepthTexture);
            TEXTURE2D(_CameraOpaqueTexture);SAMPLER(sampler_CameraOpaqueTexture);
            //struct appdata
            //顶点着色器的输入
            struct Attributes
            {
                float3 positionOS : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                half3 normalOS : NORMAL;
            };
            //struct v2f
            //片元着色器的输入
            struct Varyings
            {
                float4 positionCS : SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 screenPos : TEXCOORD1;
                float3 positionWS : TEXCOORD2;
                float3 positionVS : TEXCOORD3;

                half3 normalWS : TEXCOORD4;
                
            };
            //v2f vert(Attributes v)
            //顶点着色器
            Varyings vert(Attributes v)
            {
                Varyings o = (Varyings)0;
                o.positionWS = TransformObjectToWorld(v.positionOS);
                o.positionVS = TransformWorldToView(o.positionWS);
                o.positionCS = TransformWViewToHClip(o.positionVS);
                o.screenPos = ComputeScreenPos(o.positionCS);
                o.normalWS = TransformObjectToWorldNormal(v.normalOS);
                
                return o;
            }
            //fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET
            //片元着色器
            half4 frag(Varyings i) : SV_TARGET
            {
                //深度图
                //float2 uv = i.screenPos.xy / i.screenPos.w;
                float2 uv = i.positionCS.xy/ _ScreenParams.xy;
                float4 cameraDepthTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture,sampler_CameraDepthTexture,uv);
                float depthTex = LinearEyeDepth(cameraDepthTex,_ZBufferParams);
                float depth = depthTex + i.positionVS.z;
                float4 highLight = 1 - depth;
                
                highLight = pow(highLight,_HighLightFade);
                
                highLight *= _HighLightColor;

                float4 opaqueMap = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraOpaqueTexture,sampler_CameraOpaqueTexture,uv);
                

                //fresnel外发光
                //pow(max(0,dot(N,V)),Intensity)
                half3 N = normalize(i.normalWS);
                half3 V = normalize(_WorldSpaceCameraPos - i.positionWS);
                half NdotV = dot(N,V);
                half4 fresnel = pow(max(0,1 - NdotV),_FresnelIntensity);
                
                fresnel *= _FresnelColor;
                
                return saturate(highLight)+fresnel;
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}